变频恒压供水设计与误区分析

变频恒压供水设计与误区分析

许阳

泰安市自来水有限公司   山东泰安271000

摘要：随着我国工业化进程的快速发展，工业是我国的基础型产业，工业用水量较大。我国用水分类主要分为农业用水、工业用水、生活用水以及人工生态用水四类，其中工业用水量仅次于农业用水量。工业市场规模不断扩大，但是用水量却逐年减少，这是技术的进步与节水理念共同作用的结果。在工业用水中，想要节约用水，降低水资源的浪费，一定离不开变频恒压供水技术的使用。随着现代微机控制技术、变频技术的不断发展，使用最先进的微机控制技术和变频技术解决抗尘流水系统压力不足、水压不均衡等工艺问题，已经成为一种技术趋势。

关键词：变频恒压供水；设计；误区分析

引言

“双碳”战略背景下，建筑节水节能作为绿色建筑建设的一部分，与环保和用户用水体验密切相关。对于建筑供水中水泵加压供水的高耗能问题，当前主要聚焦在优化控制方式、泵组配置以及供水模式的更替等方面。水泵恒压供水能够满足最不利工况时的流量及扬程的要求，但用户一天用水流量变化大，泵组长期在较小流量、低能效工况下运行，造成“大马拉小车”的现象。变频变压变流量控制技术，即所指末端恒压变频控制技术，数字化程度及压力信号采集与传输要求更高，节能技术更为合理，其节能潜力有待深入发掘。

1变频恒压供水技术的工作原理

变频恒压供水系统是由水泵、阀门、电动机、控制器等多个零部件设备组建而成，其工作原理是通过电动机来带动水泵来实现供水管理。一般情况下电动机采用的是鼠笼式异步，并且在安装的时候会与水泵做成一体化的联动设备。电动机转速的调节是通过变频器来实现的，转速的大小直接影响着供水的水流量大小，从而实现恒压下的供水管理。想要控制好变频器的转速数值，实现同步调速，就必须对异步电动机的相关转速计算有所了解。调节转子转速的方式就可以从控制供电电源频率入手。而想要保持稳定的转差率，就需要控制理想的空载转速和转子转速两个变量，从而实现变频恒压供水。

2变频恒压供水系统优点

①防尘水压力要求较高，当供水装置的出水压力调节到0Pa时，综采工作面机组防尘水压力可达2．8MPa，对掘进迎头的防尘水压力可达2MPa，防尘水流量平稳，品质优良，基本上可以满足一般项目需求。②简化了管道结构，减少了闸门的使用次数，取消三台潜泵、三台DA型水泵、五台开关，只安装了一台地上的给水装置、一台自动控制装置，减少了装置占地;水泵可按规定时间更换，无须设置专人看守，设备的稳定性较高。③PCS型微机控制系统全自动变频恒压供水系统由水泵机组、负压罐、直流接触器、管件阀等设备构成，采用两台自动水泵，一用一备，具有构造简洁、结构合理、占地面积小、易于使用和搬运的特性。④具有较好的控制性能，水泵马达均采用变频器控制和软起动，不存在电压波动。闭环自控方式能根据用水情况随时调节泵的转速，从而实现供水变化。水泵的消耗功率与水泵电机的速度成三次正比例，实现了水泵的调速运转，节电效果非常显著

3全自动变频恒压供水系统概述

全自动变频恒压供水系统利用压力传感器对给水管网的压力进行监测，将其转换成电信号，再将其传输到变频器中，从而实现对水泵速度的控制。用水量增大，系统压力随之降低，抽油机的工作频率随之提高，抽油机的速度随之加快，抽油机的出水量也随之增大。在用水量较小的情况下，降低泵的速度，减少出水量，保证系统压力在一定范围内。多个泵同时运转时，采用逐个机组的软起动方式，调速转调到工作频率，直到压力和流量都达到要求，实现对水泵进行循环化控制的目的。系统设置了定时更换水泵功能，平衡了水泵的工作周期及损耗，提高了水泵机组的总体使用寿命。为克服原静压供水防尘系统的许多缺点，工程技术人员在原系统的基础上，添加了PCS系列的微机监控设备，产生了自动变频恒压供水系统。

4变频调速控制方式

4.1变频恒压变流量控制

压力信号，经PLC控制器对二者压差进行处理后，控制指令对水泵电机转速及水泵投运台数进行调整，使水泵出口压力稳定在系统设定值。这种控制方式具有电气系统结构简单、易实现、管理便捷和运行效果较稳定等优点。除用水满负荷时段外，水泵提供的压力大于管路系统最不利点所需压力，且流量越小这种差异越明显。这不仅会导致中小流量时段管网压力富余，造成能量浪费，还会使用水点的压力处于变化之中，故水泵出口恒压控制在节能增效及用户用水舒适性上仍有探索余地。

4.2变频变压变流量控制

末端恒压控制将压力传感器设置在供水管网末端取样，将末端反馈的压力实测值与供水管网末端压力需求进行对比，经控制单元运算处理，控制水泵机组的投运台数和水泵转速，使管网末端压力恒定，而水泵出口压力则随着供水量的变化而改变。变频变压变流量控制需要在距离泵房较远的管路末端安装压力传感器反馈压力数据，末端监测会导致信号传输滞后，而且传输线路过长、沿途环境复杂都会干扰信号质量，所以对数字化程度及压力信号采集与传输要求更高。同时，末端用水点开关瞬间，由于末端管径较小，导致末端管道流速突然变化，产生一定程度的压力振荡，应当采取相应措施避免水锤压力波动的干扰圆。

5变频恒压供水系统调试

变频恒压供水系统在搭建后，需要对系统进行调式，调试的目的主要：检测系统是否能够正常的运转；微调系统设备，从而让系统更加高效的做好工业供水。变频恒压供水系统调试主要分为三个步骤。1）变频恒压供水系统调试第一步是变频器和软启动器的调试。需要参照电动机的参数输入到两个设备中，然后借助变频器PID的数值来调试变频器。主要通过观察变频恒压供水系统在供水的情况下PID数值是否是稳定的状态，如果不是就需要局部的微调，再进行重试，观察变频器对供水水压的反映速度和稳态状况。而软启动器主要与水泵联系在一起，在对软启动器进行调试时，主要是查看系统供水后的电压曲线，当电压曲线的变动幅度不是很大时，软启动器就基本调试完成。

2）变频恒压供水系统调试第二步是PLC程序的调试。调试PLC程序是需要参照变频器PID数值。先将PID数值导入PLC程序中，并联合电动机、变频器进行多机调试，测试数值的正确率，并根据测试的情况来判别PLC程序是否已经可以实际使用。

3）变频恒压供水系统调试第三步是试运行。当所有的设备都已经调试完备后，变频恒压供水系统将会试运行一段时间，一般以三个月或者半年作为试运行的时间，并通过试运行中的数据统计分析，查看变频恒压供水系统使用前后是否能够实现水泵节约能源的效果。如果运行期间有任何问题，也可以随时进行调试完善。

结语

综上所述，自动变频恒压供水技术是国内矿井水处理防尘技术发展的现实需要，相对常规的静压供水防尘技术而言，其特点是水压充足、管道结构简单、计算机自动控制、具有完整的功能。我国是一个工业生产制造的大国，工业用水管理一直都会是社会关注的重点，未来对变频恒压供水技术的研究将会是学术界重点研究方向，相信随着研究的深入，变频恒压供水技术的各项功能会被不断完善，促进我国工业供水管理。

参考文献

[1]鲍海琛.PLC变频技术在加压泵站供水系统中的应用[J].水利科学与寒区工程，2021，4（6）：148-150.

[2]刘瑞林.变频器与PLC技术在恒压供水控制中的应用[J].电气传动自动化，2020，42（1）：34-37.

[3]杜乃成.智能全变频恒压供水技术在二次供水中的应用[J].自动化与仪表，2017，32（8）：57-59.4

[4]冀成.基于PLC的变频恒压供水系统在屯兰矿的设计与应用[J].煤矿机电，2015（5）：80-82.